光纖CO氣體傳感器的理論建模及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn).pdf

1、通風(fēng)不良或密閉的環(huán)境中對(duì)易燃易爆和有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)對(duì)保障人身健康和安全具有非常重要的意義，在此類場(chǎng)合中一般采用技術(shù)比較成熟的電式氣體傳感器，但電式氣體傳感器在使用過程中會(huì)有產(chǎn)生電火花并引發(fā)爆炸的可能，而且此類氣體傳感器往往存在容易老化和中毒的缺點(diǎn)。由于光纖傳感器采用光而不是電作為信息載體，所以不存在產(chǎn)生電火花的安全隱患問題。正是因?yàn)楣饫w氣體傳感器具有安全方面的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，而且適宜在各種惡劣的環(huán)境條件下工作，所以光纖氣體傳感器的研究和開發(fā)

2、逐漸成為目前氣體傳感器研究的熱點(diǎn)。本文主要針對(duì)一氧化碳(CO)氣體，對(duì)光纖氣體傳感器的理論、建模和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴基于氣體分子吸收光譜理論和比爾-朗伯定律，分析了差分吸收型氣體傳感器的數(shù)學(xué)模型和基于窄帶光源的諧波檢測(cè)光纖氣體傳感器的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上提出了基于諧波檢測(cè)的光纖氣體傳感器的數(shù)學(xué)模型的改進(jìn)方法，即基于差分后諧波檢測(cè)的光纖氣體檢測(cè)模型。此外，還對(duì)基于窄帶光源的諧波檢測(cè)光纖氣體傳感器進(jìn)行了仿

3、真研究。基于差分后諧波檢測(cè)的光纖氣體檢測(cè)模型利用參考光路與檢測(cè)光路光強(qiáng)的差分消去基波分量，對(duì)差分后的信號(hào)再進(jìn)行二次諧波檢測(cè)得出氣體濃度。使用該方法提高了系統(tǒng)檢出二次諧波分量的能力，同時(shí)有效地提高了系統(tǒng)的分辨率。
　　 ⑵根據(jù)上述理論分析，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于差分后諧波檢測(cè)的光纖傳感器系統(tǒng)。在傳感器光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，提出了一種基于串聯(lián)自聚焦透鏡組的透射式氣室。對(duì)基于串聯(lián)自聚焦透鏡組的透射式氣室的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析，并完成了氣室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與

4、開發(fā)。對(duì)于一般的基于自聚焦透鏡組的透射式氣室，通過增加吸收光程來獲得更高靈敏度。但在對(duì)傳感器尺寸有限定的場(chǎng)合不能任意加長氣室，在這種情況下，可以將多對(duì)自聚焦透鏡組串聯(lián)使用，即采用基于串聯(lián)自聚焦透鏡組的透射式氣室的結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)的氣室可以實(shí)現(xiàn)在不增加氣室長度的情況下使吸收光程增長。
　　 ⑶根據(jù)光電微弱信號(hào)檢測(cè)的原理以及差分后諧波檢測(cè)的光纖氣體檢測(cè)模型，完成了光電微弱信號(hào)檢測(cè)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于差分后諧波檢測(cè)的微弱信號(hào)